负极活性材料和使用该负极活性材料的电池制造技术

提供一种容量高和循环特性优异的电池，以及用于该电池的负极活性材料。负极活性材料包含作为第一元素的锡、第二元素和第三元素。第二元素为硼、碳、铝和磷中的至少一种，以及第三元素为硅、镁、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锆、铌、钼、银、铟、铈、铪、钽、钨和铋中的至少一种。负极活性材料中第二元素的含量为９．８重量％到４９重量％。

【技术实现步骤摘要】
负极活性材料和使用该负极活性材料的电池相关申请的交叉引用本专利技术包括2004年9月30日向日本专利局提交的日本专利申请JP2004-289414所涉及的主题，在此引入其整个内容作为参考。
本专利技术涉及一种包含锡(Sn)、碳(C)等作为元素的负极活性材料和使用该负极活性材料的电池。
技术介绍
近几年，已经引入了许多便携式电子设备例如组合摄像机(磁带录像机)、移动电话和笔记本个人电脑。已经进行了这些装置的小型化并且重量减轻。关于用作这些装置的便携式电源的电池，尤其是二次电池，作为关键器件已经积极地促进了为改进能量密度的积极的研究和开发。具体地说，非水电解质二次电池(例如，锂离子二次电池)与铅蓄电池或镍镉电池、常规含水电解溶液二次电池相比，可以提供更高的能量密度。因此，在各个方面已经考虑对非水电解质二次电池进行改进。用作锂离子二次电池的负极活性材料，显示出相对高的容量并且具有良好循环特性的碳材料例如非石墨化碳和石墨已经得到了广泛使用。然而，考虑到这些年需要较高的容量，任务是获得碳材料的更高容量。基于这种背景，已经开发了通过选择用于碳化的原材料和制备条件由碳材料实现高容量的技术(例如，参考日本未审专利申请公开No.H08-315825)。然而，当使用这种碳材料时，负极对锂的放电电位为0.8V到1.0V，而且制造电池时电池的放电电压低。因此，鉴于电池能量密度，无法预见到显著的改进。而且，不利之处在于充电和放电曲线中显示出大的滞后现象，并且在每次充电和放电循环中能量效率低。此时，作为容量比使用碳材料更高的负极，已经对通过应用某一金属与锂(Li)电化学地形成合金，并且该合金可逆地产生和分解这一事实而得到的合金材料进-->行了研究。例如，已经开发了使用Li-Al合金的高容量负极，且进一步地，已经开发了由Si合金制得的高容量负极(例如，参考美国专利No.4950566)。然而，Li-Al合金或Si合金随着充电和放电而膨胀和收缩，并且负极随着重复每次充电和放电而被粉末化。因此，存在循环特性显著地差这一严重缺点。因此，作为改善循环特性的技术，已考虑用高导电性材料涂覆合金材料的表面(例如，参考日本未审专利申请公开No.2000-173669，No.2000-173670和No.2001-68096)。在这些专利文献中描述的技术中，通过将合金材料浸泡在溶解有导电材料的有机溶剂中，或者通过利用机械化学反应如杂化，而使合金表面被导电材料涂覆，来改善循环特性。
技术实现思路
然而，即使在使用这种技术的情况下，事实上改善循环特性的作用也并不充分，并且合金材料中高容量负极的优点并没有得到完全利用。鉴于上述，希望提供一种容量高且循环特性优异的电池，以及用于该电池的负极活性材料。根据本专利技术的实施方式，提供一种负极活性材料，包括：作为第一元素的锡；第二元素；第三元素，其中第二元素为硼(B)、碳、铝(Al)和磷(P)中的至少一种，第三元素为硅(Si)、镁(Mg)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、镓(Ga)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、银(Ag)、铟(In)、铈(Ce)、铪(Hf)、钽(Ta)、钨(W)和铋(Bi)中的至少一种，以及第二元素的含量为9.8重量％到49重量％。根据本专利技术的实施方式，提供一种电池，包括：正极；负极；和电解质，其中负极包含负极活性材料，该负极活性材料包括作为第一元素的锡、第二元素、和第三元素；第二元素为硼、碳、铝和磷中的至少一种；第三元素为硅、镁、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锆、铌、钼、银、铟、铈、铪、钽、钨和铋中的至少一种；以及负极活性材料中第二元素的含量为9.8重量％到49重量％。根据本专利技术实施方式的负极活性材料，包含锡作为第一元素。因此，可以获得高容量。而且，作为第二元素，包含硼、碳、铝和磷中的至少一种，并且第二元素的含量为9.8重量％到49重量％。因此，可以获得具有低结晶度的结构或无定形结构，并且能够改善循环特性。而且，作为第三元素，包含硅、镁、钛、钒、-->铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锆、铌、钼、银、铟、铈、铪、钽、钨和铋中的至少一种。因此，可以进一步增加容量，或者可以进一步改善循环特性。因此，根据使用本专利技术实施方式的负极活性材料的电池，能够获得高容量，并且能够获得优异的循环特性。此外，在根据本专利技术实施方式的电池中，当电解质中包含具有卤原子的环状碳酸酯衍生物时，能够抑制负极中溶剂的分解反应，并且能够进一步改善循环特性。此外，当电解质中包含不饱和化合物的环状碳酸酯时，能够改循环特性。本专利技术其它和进一步的目的、特征和优点将从下面的说明中更加充分地体现。附图说明图1为示出根据本专利技术实施方式的二次电池的结构的横截面；图2为示出图1中示出的二次电池中螺旋卷绕电极体的放大部分的横截面；图3为示出根据本专利技术实施方式的另一个二次电池的结构的分解透视图；图4为示出沿图3中示出的螺旋卷绕电极体中线I-I的结构的横截面；图5为示出根据本专利技术实施方式的再一个二次电池的结构的横截面；图6为示出负极活性材料中碳含量和容量保持率之间关系的特征曲线图；图7为示出另一负极活性材料中碳含量和容量保持率之间关系的特征曲线图；图8为示出负极活性材料中硼含量和容量保持率之间关系的特征曲线图；图9为示出负极活性材料中铝含量和容量保持率之间关系的特征曲线图；图10为示出负极活性材料中磷含量和容量保持率之间关系的特征曲线图；图11为示出负极活性材料中碳含量和容量保持率之间关系的另一个特征曲线图；图12为示出负极活性材料中硼含量和容量保持率之间关系的另一个特征曲线图；图13为示出负极活性材料中铝含量和容量保持率之间关系的另一个特征曲线图；图14为示出负极活性材料中磷含量和容量保持率之间关系的另一个特征曲线图。具体实施方式下面将参考附图详细描述本专利技术的实施方式。-->根据本专利技术实施方式的负极活性材料能够与锂等发生反应，并且包含锡作为第一元素。锡每单位重量与锂等的反应量高，因此能够增加容量。负极活性材料还包含硼、碳、铝和磷中的至少一种作为第二元素，使得负极活性材料能够由此具有低结晶度的结构或无定形结构，锂能够平稳地嵌入和脱出，并且能够降低与电解质的反应性。负极活性材料中第二元素的含量优选为9.8重量％到49重量％。当含量在该范围以下时，获得低结晶度结构或无定形结构的效果不充分。同样，当含量超过该范围时，循环特性恶化。负极活性材料还包含硅、镁、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锆、铌、钼、银、铟、铈、铪、钽、钨和铋中的至少一种作为第三元素。其中，硅与锡一样每单位重量与锂等的反应量高，因此能够增加容量。其它元素能够进一步改善循环特性。负极活性材料包含锡、第二元素和第三元素，并且具有能够与锂等发生反应的反应相。关于反应相，通过其中使用CuKα射线作为特定X-射线并且扫描速率为1°/min如的X-射线衍射而得到的衍射峰的半带宽在衍射角2θ处优选为1°或更大，期望地为5°或更大。当该值小于1°时，结晶度高并且难以获得足够的循环特性。通过比较在与锂发生电化学反应之前和之后的X-射线衍射图表能够容易确定X-射线衍射中与能够与锂发生反应的反应相相对应的峰。在与锂电化学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负极活性材料，包含：作为第一元素的锡（Ｓｎ）；第二元素；以及第三元素，其中第二元素为硼（Ｂ）、碳（Ｃ）、铝（Ａｌ）和磷（Ｐ）中的至少一种，第三元素为硅（Ｓｉ）、镁（Ｍｇ）、钛（Ｔｉ）、钒（Ｖ）、铬 （Ｃｒ）、锰（Ｍｎ）、铁（Ｆｅ）、钴（Ｃｏ）、镍（Ｎｉ）、铜（Ｃｕ）、锌（Ｚｎ）、镓（Ｇａ）、锆（Ｚｒ）、铌（Ｎｂ）、钼（Ｍｏ）、银（Ａｇ）、铟（Ｉｎ）、铈（Ｃｅ）、铪（Ｈｆ）、钽（Ｔａ）、钨（Ｗ）和铋（Ｂｉ）中的至少一种，以及第二 元素的含量为９．８重量％到４９重量％。

【技术特征摘要】
JP 2004-9-30 289414/041、一种负极活性材料，包含：作为第一元素的锡(Sn)；第二元素；以及第三元素，其中第二元素为硼(B)、碳(C)、铝(Al)和磷(P)中的至少一种，第三元素为硅(Si)、镁(Mg)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、镓(Ga)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、银(Ag)、铟(In)、铈(Ce)、铪(Hf)、钽(Ta)、钨(W)和铋(Bi)中的至少一种，以及第二元素的含量为9.8重量％到49重量％。2、一种电池，包括：正极；负极；以及电解质，其中该负极包含负极活性材料，该负极活性材料包含作为第一元素的锡(Sn)、第二元素和第三元素，第二元素为硼(B)、碳(C)、铝(Al)和磷(P)中的至少一种，第三元素为硅(Si)、镁(Mg)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(...

【专利技术属性】
技术研发人员：山口晃，水谷聪，井上弘，世界孝二，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]